Serviceability-Nachweise

Gebrauchstauglichkeitsnachweise werden für die Spannungsbegrenzung, Rissbreite und Durchbiegungsgrenzwerte durchgeführt. Die Spannungen in Beton- und Bewehrungselementen werden gemäß ACI 318-19 auf ähnliche Weise überprüft, wie für die Tragfähigkeit angegeben.

Spannungsbegrenzung

Die zulässigen Betondruckspannungen unter Gebrauchslast sind für vorgespannte Bauteile der Klasse U und T nachzuweisen. Gemäß Tabelle R24.5.2.1 ist für Beton, der als gerissen angenommen wird, kein Nachweis der Spannungsbegrenzung erforderlich. Der Benutzer muss die Klasse des vorgespannten Bauteils in den Einstellungen des Bemessungsbauteils festlegen.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}$$

Die zulässige Druckspannung für Bauteile unter vorübergehenden Lasten ist gemäß ACI 318-19 24.5.4.1 mit 0.6f_c' festgelegt. Der Druckspannungsgrenzwert von 0.45f_c' wurde festgelegt, um die Wahrscheinlichkeit eines Versagens vorgespannter Betonbauteile infolge wiederholter Lasten zu verringern. Dieser Grenzwert erschien auch angemessen, um übermäßige Kriechverformungen zu verhindern. Bei höheren Spannungswerten neigen die Kriechdehnungen dazu, mit zunehmender aufgebrachter Spannung schneller anzusteigen.

Die Betondruckspannung wird als Verhältnis zwischen der maximalen Hauptdruckspannung f_c = σ_c2 , die aus der FE-Analyse für die Gebrauchstauglichkeit ermittelt wird, und dem Grenzwert bewertet, der auf Grundlage von Tabelle 24.5.4.1 festgelegt wird.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}$$

In der Anwendung wird Prestress plus sustained load als Langzeitkombination und Prestress plus total load als Kurzzeitkombination behandelt.

Durchbiegung

Je nach ausgewähltem Kombinationstyp (langfristig oder kurzfristig) wird entweder die langfristige oder die kurzfristige Durchbiegung ausgewertet. Der maximal zulässige Durchbiegungswert ist vom Benutzer festzulegen und gemäß ACI 138-19 24.2 zu berücksichtigen. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}$$

In der Anwendung ist es möglich, die Durchbiegungen aus Eigenlast Δ_DL und Verkehrslast Δ_LL getrennt sowie die Gesamtdurchbiegung Δ_Tot (Eigenlast+Verkehrslast) anzuzeigen, während gleichzeitig die verformte Form dargestellt wird.

Durchbiegungen an abgeschnittenen Enden können nicht überprüft werden.

Rissbreite

Rissbreiten und Rissrichtungen werden für Kurzzeit- oder Langzeitkombinationen der Gebrauchstauglichkeit berechnet. Da ACI keine Grenzwerte für Rissbreiten direkt vorschreibt, muss der Benutzer eine Grenzrissbreite w_lim festlegen.

Die Nachweise werden wie folgt dargestellt:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

wobei:

w         die durch FE-Analyse berechnete Kurz- oder Langzeitrissbreite,

w_lim     der vom Benutzer definierte Grenzwert der Rissbreite.

Die in der Anwendung verwendete Methode zur Berechnung der Rissbreiten, die auch in diesem Dokument ausführlicher beschrieben ist, entspricht ACI 224R-01. Es ist daher möglich, ACI 224R-01 Tabelle 4.1 zu verwenden, um den Grenzwert der Rissbreiten zu bestimmen.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}$$

Es gibt zwei Möglichkeiten zur Berechnung der Rissbreiten (stabilisierte und nicht stabilisierte Rissbildung). Im allgemeinen Fall (stabilisierte Rissbildung) wird die Rissbreite durch Integration der Dehnungen an 1D-Elementen der Bewehrungsstäbe berechnet. Die Rissrichtung wird anschließend aus den drei nächstgelegenen (vom Zentrum des jeweiligen 1D-Finite-Elements der Bewehrung aus betrachtet) Integrationspunkten der 2D-Betonelemente berechnet. Obwohl dieser Ansatz zur Berechnung der Rissrichtungen nicht der tatsächlichen Lage der Risse entspricht, liefert er dennoch repräsentative Werte, die zu Rissbreitenergebnissen führen, die mit den normativ geforderten Rissbreitenwerten an der Position des Bewehrungsstabs verglichen werden können.